Penaklukan luar angkasa telah menjadi salah satu pencapaian paling penting dan membuat zaman umat manusia. Penciptaan kendaraan peluncuran dan infrastruktur untuk peluncurannya membutuhkan upaya luar biasa dari negara-negara terkemuka di dunia. Di zaman kita, ada kecenderungan untuk menciptakan kendaraan peluncuran yang sepenuhnya dapat digunakan kembali yang mampu melakukan lusinan penerbangan ke luar angkasa. Pengembangan dan pengoperasiannya masih membutuhkan sumber daya yang besar, yang hanya dapat dialokasikan oleh negara atau perusahaan besar (sekali lagi dengan dukungan negara).
Pada awal abad XXI, peningkatan dan miniaturisasi komponen elektronik memungkinkan untuk membuat satelit berukuran kecil (yang disebut "satelit mikro" dan "nanosatelit"), yang massanya berada di kisaran 1-100 kg. Baru-baru ini, kita berbicara tentang "picosatellites" (beratnya dari 100 g hingga 1 kg) dan "satelit femto" (beratnya kurang dari 100 g). Satelit semacam itu dapat diluncurkan sebagai kargo kelompok dari pelanggan yang berbeda atau sebagai muatan yang lewat ke pesawat ruang angkasa "besar" (SC). Metode peluncuran ini tidak selalu nyaman, karena pabrikan nanosatelit (selanjutnya kami akan menggunakan penunjukan ini untuk semua dimensi pesawat ruang angkasa ultra-kecil) harus beradaptasi dengan jadwal pelanggan untuk peluncuran kargo utama, serta karena perbedaan dalam orbit peluncuran.
Hal ini menyebabkan munculnya permintaan untuk kendaraan peluncur ultra-kecil yang mampu meluncurkan pesawat ruang angkasa dengan berat sekitar 1-100 kg.
DARPA dan KB "MiG"
Ada dan sedang dikembangkan banyak proyek kendaraan peluncuran ultralight - dengan peluncuran darat, udara dan laut. Secara khusus, agen Amerika DARPA secara aktif bekerja pada masalah peluncuran cepat pesawat ruang angkasa ultra-kecil. Secara khusus, orang dapat mengingat proyek ALASA, diluncurkan pada 2012, dalam kerangka yang direncanakan untuk membuat roket berukuran kecil yang dirancang untuk diluncurkan dari pesawat tempur F-15E dan meluncurkan satelit dengan berat hingga 45 kg ke orbit referensi rendah. (LEO).
Mesin roket yang dipasang pada roket harus beroperasi pada monopropelan NA-7, termasuk monopropilena, nitrous oxide, dan asetilen. Biaya peluncuran tidak melebihi $ 1 juta. Agaknya, masalah dengan bahan bakar, khususnya dengan pembakaran spontan dan kecenderungan untuk meledak, yang mengakhiri proyek ini.
Proyek serupa sedang dikerjakan di Rusia. Pada tahun 1997, biro desain MiG, bersama dengan KazKosmos (Kazakhstan), mulai mengembangkan sistem peluncuran muatan (PN) menggunakan pencegat MiG-31I (Ishim) yang telah dikonversi. Proyek ini dikembangkan berdasarkan landasan untuk pembuatan modifikasi anti-satelit MiG-31D.
Roket tiga tahap, diluncurkan pada ketinggian sekitar 17.000 meter dan kecepatan 3.000 km / jam, seharusnya memberikan muatan seberat 160 kg ke orbit pada ketinggian 300 kilometer, dan muatan seberat 120 kg ke orbit. pada ketinggian 600 kilometer.
Situasi keuangan yang sulit di Rusia pada akhir 90-an dan awal 2000-an tidak memungkinkan proyek ini diwujudkan dalam logam, meskipun ada kemungkinan hambatan teknis dapat muncul dalam proses pengembangan.
Ada banyak proyek lain dari kendaraan peluncuran ultralight. Fitur pembeda mereka dapat dianggap sebagai pengembangan proyek oleh struktur negara atau perusahaan besar (hampir "negara"). Platform yang kompleks dan mahal seperti pesawat tempur, pembom, atau pesawat angkut berat sering kali harus digunakan sebagai platform peluncuran.
Semua ini bersama-sama memperumit pengembangan dan meningkatkan biaya kompleks, dan sekarang kepemimpinan dalam pembuatan kendaraan peluncuran ultralight telah berpindah ke tangan perusahaan swasta.
Lab roket
Salah satu proyek roket ultralight yang paling sukses dan terkenal dapat dianggap sebagai kendaraan peluncuran "Elektron" dari perusahaan Rocket Lab Amerika-Selandia Baru. Roket dua tahap dengan massa 12.550 kg ini mampu meluncurkan 250 kg PS atau 150 kg PS ke orbit sinkron matahari (SSO) dengan ketinggian 500 kilometer ke LEO. Perusahaan berencana untuk meluncurkan hingga 130 rudal per tahun.
Desain roket terbuat dari serat karbon; mesin jet propelan cair (LRE) digunakan pada pasangan bahan bakar minyak tanah + oksigen. Untuk menyederhanakan dan mengurangi biaya desain, ia menggunakan baterai lithium-polimer sebagai sumber daya, sistem kontrol pneumatik, dan sistem untuk memindahkan bahan bakar dari tangki, yang beroperasi pada helium terkompresi. Dalam pembuatan mesin roket propelan cair dan komponen roket lainnya, teknologi aditif digunakan secara aktif.
Dapat dicatat bahwa roket pertama dari Rocket Lab adalah roket meteorologi Kosmos-1 (Atea-1 dalam bahasa Maori), yang mampu mengangkat muatan 2 kg hingga ketinggian sekitar 120 kilometer.
Lin Industri
"Analog" Lab Roket Rusia dapat disebut perusahaan "Lin Industrial", yang mengembangkan proyek untuk roket suborbital paling sederhana yang mampu mencapai ketinggian 100 km, dan meluncurkan kendaraan yang dirancang untuk mengeluarkan muatan ke LEO dan SSO.
Meskipun pasar untuk rudal suborbital (terutama seperti roket meteorologi dan geofisika) didominasi oleh solusi dengan mesin berbahan bakar padat, Lin Industrial sedang membangun roket suborbitalnya berdasarkan mesin roket berbahan bakar cair yang berbahan bakar minyak tanah dan hidrogen peroksida. Kemungkinan besar ini disebabkan oleh fakta bahwa Lin Industrial melihat arah utama pengembangannya dalam peluncuran komersial kendaraan peluncuran ke orbit, dan roket suborbital propelan cair lebih mungkin digunakan untuk mengembangkan solusi teknis.
Proyek utama Lin Industrial adalah kendaraan peluncuran ultralight Taimyr. Awalnya, proyek menyediakan tata letak modular dengan pengaturan modul seri-paralel, yang memungkinkan pembentukan kendaraan peluncuran dengan kemungkinan mengeluarkan muatan dengan berat 10 hingga 180 kg ke LEO. Perubahan massa minimum kendaraan peluncuran yang diluncurkan harus dipastikan dengan mengubah jumlah unit rudal universal (UBR) - URB-1, URB-2 dan URB-3 dan unit roket RB-2 tahap ketiga.
Mesin kendaraan peluncuran Taimyr harus beroperasi dengan minyak tanah dan hidrogen peroksida pekat; bahan bakar harus disuplai dengan perpindahan dengan helium terkompresi. Desainnya diharapkan banyak menggunakan material komposit, termasuk plastik yang diperkuat serat karbon dan komponen cetak 3D.
Kemudian, perusahaan Lin Industrial meninggalkan skema modular - kendaraan peluncuran menjadi dua tahap, dengan pengaturan langkah-langkah berurutan, akibatnya penampilan kendaraan peluncuran Taimyr mulai menyerupai penampilan kendaraan peluncuran Electron oleh Laboratorium Roket. Selain itu, sistem perpindahan pada helium terkompresi digantikan oleh pasokan bahan bakar menggunakan pompa listrik yang ditenagai oleh baterai.
Peluncuran pertama Taimyr LV direncanakan pada tahun 2023.
Ruang Angkasa IHI
Salah satu kendaraan peluncuran ultralight yang paling menarik adalah roket propelan padat tiga tahap SS-520 Jepang yang diproduksi oleh IHI Aerospace, dibuat berdasarkan roket geofisika S-520 dengan menambahkan tahap ketiga dan penyempurnaan sistem onboard yang sesuai. Ketinggian roket SS-520 adalah 9,54 meter, diameter 0,54 meter, berat peluncuran 2600 kg. Massa muatan yang dikirim ke LEO adalah sekitar 4 kg.
Tubuh tahap pertama terbuat dari baja berkekuatan tinggi, tahap kedua terbuat dari komposit serat karbon, fairing kepala terbuat dari fiberglass. Semua tiga tahap adalah bahan bakar padat. Sistem kontrol SS-520 LV dihidupkan secara berkala pada saat pemisahan tahap pertama dan kedua, dan sisa waktu roket distabilkan oleh rotasi.
Pada 3 Februari 2018, SS-520-4 LV berhasil meluncurkan cubesat TRICOM-1R dengan massa 3 kilogram, yang dirancang untuk menunjukkan kemungkinan membuat pesawat ruang angkasa dari komponen elektronik konsumen. Pada saat peluncuran, SS-520-4 LV adalah kendaraan peluncuran terkecil di dunia, yang terdaftar di Guinness Book of Records.
Penciptaan kendaraan peluncuran ultra-kecil berdasarkan roket meteorologi dan geofisika propelan padat bisa menjadi arah yang cukup menjanjikan. Rudal semacam itu mudah dirawat, dapat disimpan untuk waktu yang lama dalam kondisi yang memastikan persiapannya untuk diluncurkan dalam waktu sesingkat mungkin.
Biaya mesin roket bisa sekitar 50% dari biaya roket dan kecil kemungkinannya untuk mencapai angka kurang dari 30%, bahkan dengan mempertimbangkan penggunaan teknologi aditif. Dalam kendaraan peluncuran propelan padat, oksidator kriogenik tidak digunakan, yang memerlukan penyimpanan khusus dan kondisi pengisian bahan bakar segera sebelum peluncuran. Pada saat yang sama, untuk pembuatan muatan propelan padat, teknologi aditif juga sedang dikembangkan yang memungkinkan "mencetak" muatan bahan bakar dari konfigurasi yang diperlukan.
Dimensi kompak kendaraan peluncuran ultralight menyederhanakan transportasi mereka dan memungkinkan peluncuran dari berbagai titik di planet ini untuk mendapatkan kemiringan orbit yang diperlukan. Untuk kendaraan peluncuran ultralight, platform peluncuran yang jauh lebih sederhana diperlukan daripada roket "besar", yang membuatnya mobile.
Apakah ada proyek rudal semacam itu di Rusia dan atas dasar apa mereka dapat diimplementasikan?
Di Uni Soviet, sejumlah besar roket meteorologi diproduksi - MR-1, MMP-05, MMP-08, M-100, M-100B, M-130, MMP-06, MMP-06M, MR-12, MR -20 dan roket geofisika - R-1A, R-1B, R-1V, R-1E, R-1D, R-2A, R-11A, R-5A, R-5B, R-5V, "Vertikal", K65UP, MR-12, MR-20, MN-300, 1Ya2TA. Banyak dari desain ini didasarkan pada perkembangan militer dalam rudal balistik atau anti-rudal. Selama tahun-tahun eksplorasi aktif di atmosfer atas, jumlah peluncuran mencapai 600-700 roket per tahun.
Setelah runtuhnya Uni Soviet, jumlah peluncuran dan jenis rudal berkurang secara radikal. Saat ini, Roshydromet menggunakan dua kompleks - MR-30 dengan roket MN-300 yang dikembangkan oleh NPO Typhoon / OKB Novator dan rudal meteorologi MERA yang dikembangkan oleh KBP JSC.
MR-30 (MN-300)
Rudal kompleks MR-30 menyediakan pengangkatan 50-150 kg peralatan ilmiah ke ketinggian 300 kilometer. Panjang roket MN-300 adalah 8012 mm dengan diameter 445 mm, berat peluncuran 1558 kg. Biaya satu peluncuran roket MN-300 diperkirakan 55-60 juta rubel.
Atas dasar roket MN-300, kemungkinan membuat kendaraan peluncuran ultra-kecil IR-300 dengan menambahkan tahap kedua dan tahap atas (sebenarnya, tahap ketiga) sedang dipertimbangkan. Artinya, pada kenyataannya, diusulkan untuk mengulangi pengalaman yang agak sukses dalam mengimplementasikan kendaraan peluncuran SS-520 ultralight Jepang.
Pada saat yang sama, beberapa ahli berpendapat bahwa karena kecepatan maksimum roket MN-300 adalah sekitar 2000 m / s, maka untuk mendapatkan kecepatan kosmik pertama sekitar 8000 m / s, yang diperlukan untuk menempatkan kendaraan peluncuran. ke orbit, mungkin memerlukan revisi terlalu serius dari proyek asli., yang pada dasarnya adalah pengembangan produk baru, yang dapat menyebabkan peningkatan biaya peluncuran hampir urutan besarnya dan membuatnya tidak menguntungkan dibandingkan dengan pesaing.
UKURAN
Roket meteorologi MERA dirancang untuk mengangkat muatan seberat 2-3 kg ke ketinggian 110 kilometer. Massa roket MERA adalah 67 kg.
Pada pandangan pertama, roket meteorologi MERA sama sekali tidak cocok untuk digunakan sebagai dasar untuk membuat kendaraan peluncuran ultralight, tetapi pada saat yang sama, ada beberapa nuansa yang memungkinkan untuk menantang sudut pandang ini.
Rudal meteorologi MERA adalah bicaliber dua tahap, dan hanya tahap pertama yang melakukan fungsi akselerasi, yang kedua - setelah pemisahan, terbang dengan inersia, yang membuat kompleks ini mirip dengan peluru kendali anti-pesawat (SAM) Tunguska dan Kompleks rudal dan meriam antipesawat Pantsir (ZRPK). Sebenarnya, atas dasar rudal untuk sistem rudal pertahanan udara kompleks ini, roket meteorologi MERA telah dibuat.
Tahap pertama adalah bodi komposit dengan muatan propelan padat yang ditempatkan di dalamnya. Dalam 2,5 detik, tahap pertama mempercepat roket meteorologi hingga kecepatan 5M (kecepatan suara), yaitu sekitar 1500 m / s. Diameter tahap pertama adalah 170 mm.
Tahap pertama dari roket meteorologi MERA, dibuat dengan melilitkan bahan komposit, sangat ringan (dibandingkan dengan struktur baja dan aluminium dengan dimensi yang sama) - beratnya hanya 55 kg. Juga, biayanya harus jauh lebih rendah daripada solusi yang terbuat dari serat karbon.
Berdasarkan ini, dapat diasumsikan bahwa berdasarkan tahap pertama roket meteorologi MERA, modul roket terpadu (URM) dapat dikembangkan, yang dirancang untuk pembentukan batch tahap kendaraan peluncuran ultralight
Bahkan, akan ada dua modul seperti itu, mereka akan berbeda dalam nosel mesin roket, masing-masing dioptimalkan untuk operasi di atmosfer atau dalam ruang hampa. Saat ini, diameter maksimum selubung yang diproduksi oleh JSC KBP dengan metode penggulungan seharusnya 220 mm. Ada kemungkinan bahwa ada kelayakan teknis untuk membuat rumah komposit dengan diameter dan panjang yang lebih besar.
Di sisi lain, ada kemungkinan bahwa solusi optimal adalah pembuatan lambung, yang ukurannya akan disatukan dengan amunisi apa pun untuk sistem rudal pertahanan udara Pantsir, peluru kendali kompleks Hermes atau roket meteorologi MERA, yang akan mengurangi biaya satu produk dengan meningkatkan volume rilis serial dari jenis produk yang sama.
Tahapan kendaraan peluncuran harus direkrut dari URM, diikat secara paralel, sedangkan pemisahan tahapan akan dilakukan secara melintang - pemisahan longitudinal URM di panggung tidak disediakan. Dapat diasumsikan bahwa tahapan kendaraan peluncuran semacam itu akan memiliki massa parasit yang besar dibandingkan dengan bodi monoblok dengan diameter lebih besar. Ini sebagian benar, tetapi bobot rendah dari kasing yang terbuat dari bahan komposit memungkinkan untuk sebagian besar meratakan kelemahan ini. Mungkin ternyata kasing berdiameter besar, yang dibuat menggunakan teknologi serupa, akan jauh lebih sulit dan mahal untuk diproduksi, dan dindingnya harus dibuat lebih tebal untuk memastikan kekakuan struktur yang diperlukan daripada URM yang terhubung. oleh sebuah paket, sehingga pada akhirnya ada banyak monoblok dan solusi paket akan sebanding dengan biaya yang lebih rendah dari yang terakhir. Dan sangat mungkin bahwa kasus monoblok baja atau aluminium akan lebih berat daripada komposit yang dikemas.
Sambungan paralel URM dapat dilakukan menggunakan elemen giling komposit datar yang terletak di bagian atas dan bawah anak tangga (pada titik penyempitan badan URM). Jika perlu, screed tambahan yang terbuat dari bahan komposit dapat digunakan. Untuk mengurangi biaya dalam struktur, bahan industri teknologi dan murah, perekat berkekuatan tinggi harus digunakan sebanyak mungkin.
Demikian pula, tahapan LV dapat dihubungkan oleh tabung komposit atau elemen penguat, dan strukturnya dapat menjadi tidak dapat dipisahkan, ketika tahapan dipisahkan, elemen penahan beban dapat dihancurkan oleh muatan piro dengan cara yang terkontrol. Selain itu, untuk meningkatkan keandalan, muatan piro dapat ditempatkan di beberapa titik yang terletak secara berurutan dari struktur pendukung dan dimulai baik dengan pengapian listrik dan pengapian langsung dari nyala mesin tingkat yang lebih tinggi, ketika dihidupkan (untuk pemotretan tahap yang lebih rendah jika kunci kontak listrik tidak bekerja).
Kendaraan peluncuran dapat dikendalikan dengan cara yang sama seperti yang dilakukan pada kendaraan peluncuran ultralight Jepang SS-520. Opsi untuk memasang sistem kendali komando radio, serupa dengan yang dipasang pada sistem rudal pertahanan udara Pantsir, juga dapat dipertimbangkan untuk memperbaiki peluncuran kendaraan peluncur setidaknya pada sebagian lintasan penerbangan (dan mungkin pada semua tahap peluncuran). penerbangan). Secara potensial, ini akan mengurangi jumlah peralatan mahal di atas roket sekali pakai dengan membawanya ke kendaraan kontrol yang "dapat digunakan kembali".
Dapat diasumsikan bahwa, dengan mempertimbangkan struktur pendukung, elemen penghubung, dan sistem kontrol, produk akhir akan dapat mengirimkan muatan dengan berat dari beberapa kilogram hingga beberapa puluh kilogram ke LEO (tergantung pada jumlah modul roket terpadu. secara bertahap) dan bersaing dengan SS-LV.520 ultralight Jepang dan kendaraan peluncur ultralight serupa lainnya yang dikembangkan oleh perusahaan Rusia dan asing.
Untuk keberhasilan komersialisasi proyek, perkiraan biaya peluncuran kendaraan peluncuran MERA-K ultralight tidak boleh melebihi $ 3,5 juta (ini adalah biaya peluncuran untuk kendaraan peluncuran SS-520).
Selain aplikasi komersial, kendaraan peluncuran MERA-K dapat digunakan untuk penarikan darurat pesawat ruang angkasa militer, yang ukuran dan beratnya juga akan berkurang secara bertahap.
Selain itu, pengembangan yang diperoleh selama implementasi kendaraan peluncuran MERA-K dapat digunakan untuk membuat senjata canggih, misalnya, kompleks hipersonik dengan hulu ledak konvensional dalam bentuk peluncur kompak, yang dijatuhkan setelah peluncuran. kendaraan ke titik atas lintasan.
